DE2425703A1

DE2425703A1 - Astabiler multivibrator mit steuerbarem tastverhaeltnis, insbesondere fuer einen elektronischen multiplikator

Info

Publication number: DE2425703A1
Application number: DE19742425703
Authority: DE
Inventors: Jan Petr
Original assignee: Landis and Gyr AG
Current assignee: Landis and Gyr AG
Priority date: 1973-06-15
Filing date: 1974-05-28
Publication date: 1975-01-09
Also published as: FR2233755B3; DE2425703B2; NL7310373A; CH558989A; FR2233755A1

Description

ii3CSfii*.-{r, ahii-Sir. 33, Te.. ·='

HJM/ib

LANDIS & GYR AG, CH-6301 Zu£ (Schweiz)

Astabiler Multivibrator mit steuerbarem Tastverhältnis, insbesondere für einen elektronischen Multiplikator

Die Erfindung bezieht sich auf einen astabilen Multivibrator mit steuerbarem Tastverhältnis, insbesondere für einen elektronischen Multiplikator, mit zwei gleichen Schaltungsteilen, die jeweils einen ersten Transistor und einen komplementären, an den ersten Transistor gekoppelten zweiten Transistor aufweisen, wobei der Kollektor des ersten Transistors über einen Eollektorwiderstand an eine Speisespannungsklemme und der Emitter an eine gesteuerte Stromquelle geschaltet ist, und mit einem an die Emitter der beiden ersten Transistoren angeschlossenen Kondensator.

— 2 —

409882/1037

Astabile Multivibratoren mit steuerbarem Tastverhältnis werden beispielsweise in elektronischen Multiplikatoren eingesetzt. Hierbei wird die Auflade- und Entladezeit der zeitbestimmenden Elemente des Multivibrators in Abhängigkeit von einem der beiden zu multiplizierenden Faktoren gesteuert, so daß der Multivibrator eine Pulsspannung abgibt, deren Tastverhältnis in Abhängigkeit von diesem Faktor moduliert ist. Mit dieser Pulsspannung wird ein elektronischer Umschalter angesteuert, der ein dem zweiten zu multiplizierenden Faktor proportionales elektrisches Signal im Takt der Multivibratorschwingungen umpolt. Der elektronische Umschalter besteht in der Regel aus bipolaren Schalttransistoren oder Feldeffekttransistoren; diese werden im Gegentakt gesteuert, wozu außer der genannten Pulsspannung eine zu dieser invertiertem Spannung erforderlich ist. Symmetrische Multivibratoren mit zwei zueinander invertierten Ausgängen sind daher für diesen Anwendungsfall besonders geeignet.

An die Genauigkeit der Multivibratoren werden sehr hohe Anforderungen gestellt. Einerseits muß die gewünschte funktioneile Abhängigkeit des Tastverhältnisses von dem zu multiplizierenden Faktor in einem weiten Meßbereich sehr genau eingehalten werden; andererseits müssen die Pulsspannungen an den beiden Ausgängen in jedem Betraohtungszeitpunkt zueinander genau in Gegenphase sein. Ferner sollen die Multivibratoren sicher anlaufen und eine Pulsspannung mit

409882/1037

möglichst speisespannungsunabhängiger Amplitude und universell wählbarem Potential erzeugen.

Diese hohen Anforderungen werden vom bekannten Multivibrator der eingangs genannten Art am besten erfüllt. Die Basen der beiden ersten Transistoren dieses bekannten Multivibrators sind jeweils über eine Zenerdiode an den Kollektor des anderen Transistors gekoppelt und über einen Widerstand mit der Masse verbunden. Die Kollektorwiderstände der beiden ersten Transistoren bestehen aus je zwei Teilwiderständen; die Basen der zweiten Transistoren sind jeweils an den Verbindungspunkt der beiden Teilwiderstände angeschlossen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den bekannten Multivibrator derart zu modifizieren, daß er mit einer geringeren Anzahl von Bauelementen auskommt, ohne daß dadurch die oben erwähnten zahlreichen Torzüge der bekannten Lösung beeinträchtigt werden.

Die Erfindung besteht darin, daß die beiden Schaltungsteile ausschließlich über den Kondensator miteinander gekoppelt sind und daß die Basis des zweiten Transistors an den Kollektor des zugehörigen ersten Transistors und die Basis des ersten Transistors an den Kollektor des zugehörigen zweiten Transistors angeschlossen ist.

Weitere Ausbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung der Zeichnung.

- 4 -409882/1037

Nachfolgend werden einige AusführungsbeispieIe der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Multivibrator für den Betrieb mit zwei Speisespannungen,

Fig. 2 ein Spannungs-Zeit- sowie Strom-Zeit-Diagramm und

Fig. 3 einen Multivibrator für den Betrieb mit einer einzigen Speisespannung.

Die in den Fig. 1 und 3 dargestellten Multivibratoren bestehen aus zwei gleichen Schaltungsteilen, die ausschließlich über einen Kondensator O miteinander gekoppelt sind. Die gleichen Schaltungselemente der beiden Schaltungsteile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen; zur Unterscheidung sind die Bezugszeichen des linken Schaltungsteils mit ^f und die Bezugszeichen des rechten Schaltungsteils mit "ergänzt.

In der Fig. 1 bestehen beide Schaltungsteile aus je einem ersten Transistor T₁ und einem zweiten Transistor T«. Der Transistor T« ist zum Transistor T₁ komplementär, d. h. vom entgegengesetzten Ie itungstyp. Der Kollektor des Transistors T₁ ist über einen Kollektorwiderstand R₁ an eine Speisespannungsklemme U+ angeschlossen. Zwischen den Emitter des Transistors T-. und eine Speisespannungsklemme U- ist eine nur schematisch dargestellte gesteuerte Stromquelle I_Q geschaltet. Die Basis des Transistors T₂ ist unmittelbar an den Kollektor des zuge-

- 5 -409882/1037

hörigen Transistors T₁ und die Basis des Transistors T₁ unmittelbar an den Kollektor des zugehörigen Transistors T„ angeschlossen. Der Emitter des Transistors T₂ ^ia^ über einen Emitterwider₂
stand R₂ an die Speisespannungsklemme TJ+ und der Kollektor über einen Kollektorwiderstand IU an Fullpotential (Masse) geschaltet.

Die beiden Schaltungsteile des Multivibrators arbeiten im Gegentakt. Wenn die beiden Transistoren des einen Schaltungsteils leitend sind, so sind die beiden Transistoren des anderen Schaltungsteils gesperrt. In Bezug auf den Emitter des Transistors T₁ stellt derjenige Schaltungsteil, dessen Transistoren T₁ und T₂ leitend sind, einen negativen Widerstand dar. Dies hat zur Polge, daß der Zustand, in dem die Transistoren beider Schaltungsteile leitend sind, unstabil ist und immer zum schnellen Sperren der Transistoren des einen Schaltungsteils führen muß.

Wenn beispielsweise die Transistoren T₁ ¹ und T₂ ¹ leitend sind, fließen die Ströme der beiden Stromquellen Ι«¹ und Iq" aus dem Emitter des Transistors T₁ ¹; der Strom I₀ ¹ fließt direkt und der Strom I₀" über den Kondensator C zur entsprechenden Stromquelle.

In der Pig. 2 sind die am Widerstand R,¹ abfallende Spannung U₀ ¹ und die Spannung U-g¹ am Emitter des Transistors T₁ ' sowie der Emitterstrom I_E ^f und der Kondensatorstrom Iq in Funktion der Zeit dargestellt, Die entsprechenden Spannungen und Ströme des ande-

409882/1037

ren Schaltungsteils verlaufen analog, sind jedoch um 180° phasenverschoben. Während der Halbperiode T. sind die Transistoren T..¹ und T«¹ und während der Halbperiode T-g die Transistoren OJ₁ ¹¹ und Tp" leitend

Durch den Kondensator C fließt während der Halbperiode T^ der Strom der Stromquelle Iq" und während der Halbperiode T-g in umgekehrter Richtung der Strom I₀'.

iiir die Ausgangsspannung U₀ des leitenden Schaltungsteils gilt die Beziehung

υ - ^ i₀ + ±₀ ) — u_EB

K₂ K₂

wobei U-ETD die Basis-Emitterspannung des leitenden Transistors T« bedeutet. Die Ausgangsspannung U₀ des gesperrten Schaltungsteils ist ITuIl. Der Ausgangsspannungshub Δ U₀ = U₀ ist also von der Speisespannung des Multivibrators unabhängig.

Innerhalb der Halbperiode T^ bleibt die Emitterspannung Ug¹ des leitenden Transistors T₁* konstant. Die Emitterspannung Ug" des Transistors T-." dagegen sinkt monoton mit einer dem Strom der Stromquelle I₀" proportionalen Geschwindigkeit. Sobald die sinkende Spannung Ug" den Wert -Ugg erreicht, beginnt der Transistor T.·" zu leiten. Im Transistor T₂" beginnt ebenfalls ein Strom zu fließen, wodurch der Transistor T₁" noch mehr durchgesteuert wird und der Strom in beiden Transistoren lawinenartig

— Y —

409882/1037

ansteigt. Dieser Vorgang im rechten Schaltungsteil wird durch einen invers ablaufenden Vorgang im linken Schaltungsteil noch unterstützt. Durch die Umschaltung steigt die Spannung an den "beiden Elektroden des Kondensators C sprungartig um den Wert Δ U₀" an. Die Halbperiode T_B verläuft analog.

Die Periodendauer T = T^ + T-g ist von der Speisespannung ebenfalls unabhängig:

τ = t_a + t_b = (Au₀' +Au₀") -ο- (Λ + -L-)

Für das Tastverhältnis T_A / T_B gilt

¹A V
"3 " I₀"

Der Multivibrator nach der Pig. 1 benötigt eine positive und eine negative Speisespannung. In der Pig. 3 ist eine Variante dargestellt, die mit einer einzigen Speisespannung auskommt. Hierzu ist es lediglich erforderlich, den Widerstand IL₅ der Anordnung nach der Mg. 1 durch einen Spannungsteiler IU^, R~_B zu ersetzen, dessen Abgriff mit dem Kollektor des Transistors T₂, dessen Teilwiderstand R,_A mit der Speisespannungsklemme U+ und dessen Teilwiderstand Β.,·™ zusammen mit dem emitterfernen Anschluß der Stromquellen I_Q mit einer Speisespannungsklemme O verbunden ist.

Die Arbeitsweise des Multivibrators naoh der Pig. 3 ist identisch mit der Anordnung nach der Pig. 1. Die

- 8 409882/1037

oben angeführten Gleichungen sind auch, für die Fig. 3 gültig, wenn in diese

= ^R3A * ^R3B ^R3A ^{+ R}3B

eingesetzt wird. Im Gegensatz zur Pig. 1 ist die Ausgangsspannung des gesperrten Sohaltungsteils nicht Full, sondern durch den Spannungsteiler IU,» &3B gege Den.

Die Ausgangsspannung IJq der /beschriebenen Multivibratoren ist von der Basis-Emitterspannung U™, der Transistoren Tg und somit von der Temperatur dieser Transistoren abhängig. Der Temperatureinfluß kann durch eine Diode D kompensiert werden, die jeweils in Reihe mit dem Eollektorwiderstand des Transistors T^ geschaltet ist (Pig. 3).

In den vorangehenden Erläuterungen wurde die Spannung am Widerstand IU bzw. lU-g als Ausgangsspannung des Multivibrators betrachtet. Auch die Spannung am Widerstand R« ^un<l am Widerstand R-. kann als Ausgangsspannung des Multivibrators abgegriffen werden. Durch diese Möglichkeiten können Potential und Amplitude des Ausgangssignals individuellen Anforderungen angepaßt werden.

- Patentansprüche -

409882/1037

Claims

Patentansprüche

1. Astabiler Multivibrator mit steuerbarem Tastverhältnis, insbesondere für einen elektronischen Multiplikator, mit zwei gleichen Schaltungsteilen, die jeweils einen ersten Transistor und einen komplementären, an den ersten Transistor gekoppelten zweiten Transistor aufweisen, wobei der Kollektor des ersten Transistors über einen Kollektorwiderstand an eine Speisespannungsklemme und der Emitter an eine gesteuerte Stromquelle geschaltet ist, und mit einem an die Emitter der beiden ersten Transistoren angeschlossenen Kondensator, dadurch gekennzeichnet , daß die beiden Schaltungsteile ausschließlich über den Kondensator (C) miteinander gekoppelt sind und daß die Basis des zweiten Transistors (Tp) an den Kollektor des zugehörigen ersten Transistors (T₁) und die Basis des ersten Transistors (T^) an den Kollektor des zugehörigen zweiten Transistors (Tg) angeschlossen ist.

2. Multivibrator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Emitter des zweiten Transistors (T₂) der beiden Schaltungsteile jeweils über einen Emitterwiderstand (Rg) an die Speisespannungsklemme (U+) angeschlossen ist.

- 10 -

409882/103?

- ro -

3. Multivibrator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektor des zweiten Transistors (T₂) über einen Kollektorwiderstand (R-) an ffullpotential geschaltet ist.

4. Multivibrator nach Anspruch 2, dadurch ge-. kennzeichnet, daß der Kollektor des zweiten Transistors (T₂) über einen ersten Widerstand (R^a) an die Speisespannungsklemme (U+) und über einen zweiten Widerstand (

an eine weitere, mit dem emitterfernen Anschluß der Stromquellen (I₀ ¹; I₀") verbundene Speisespannungsklemme (O) geschaltet ist.

5- HuItivibrator nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeich net ,daß in Reihe mit dem Kollektorwiderstand des ersten Transistors (T₁) eine Diode (D) geschaltet ist.

409882/1037

XA

Leerseite